全球新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命正悄悄來臨,電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化成為汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展潮流和趨勢。在汽車新四化的推動之下,汽車電子電氣架構(gòu)從原來的分布式逐漸向跨域集中式和車輛集中式不斷演進(jìn),汽車電子軟件架構(gòu)不斷升級,軟件與硬件分層解耦,軟件定義汽車的時代即將到來。汽車智能化跑出加速度,中國的新能源車市場向好,ADAS功能搭載率不斷攀升,L2正在成為標(biāo)配,L3開始量產(chǎn)上車。
汽車智能化趨勢下,功能安全成為行業(yè)關(guān)注焦點
隨著汽車智能化的推進(jìn)以及自動駕駛技術(shù)創(chuàng)新的日新月異,安全成為行業(yè)不約而同的關(guān)注焦點。安全分為兩種,一種是本質(zhì)安全,另一種是功能安全。本質(zhì)安全是通過消除危險原因來確保安全的方法;而功能安全是通過功能方面的努力將風(fēng)險降低到可接受水平來確保安全的方法。本質(zhì)安全可以確保絕對的安全性,但是成本往往很高;相比之下,功能安全的成本較低,但在設(shè)計時必須考慮到當(dāng)附加的功能發(fā)生故障時應(yīng)如何確保安全。
舉個例子,在鐵路和道路交叉口,如果采用建立交橋的方法將鐵路和道路分開,從物理上避免火車和汽車碰撞的方法,這是一種本質(zhì)安全的思路。而如果通過在道路與鐵路的交叉處設(shè)置警報器和欄桿,在鐵路上安裝傳感器,當(dāng)傳感器檢測到火車接近時,警報器響起,并降下欄桿,當(dāng)另外的傳感器檢測到火車已經(jīng)通過時,警報器停止,并升起欄桿,雖然道路與鐵路在物理上仍然交叉,但可通過設(shè)置鐵路道口的方法將汽車和火車相撞的風(fēng)險降低到可接受的水平,這就是功能安全的思路。當(dāng)然,在這個案例中,如果傳感器損壞,那么(找元器件現(xiàn)貨上唯樣商城)在火車接近時,警報器和欄桿就不會工作,這是一種“危險”狀態(tài),因此就需要加入傳感器的自我診斷或者雙傳感器的冗余設(shè)計,來確保即使傳感器損壞也不會引發(fā)危險狀態(tài)的設(shè)計,這就是故障安全(Fail Safe)的思路。
由此可知,功能安全其實就是基于“人會犯錯”、“東西會損壞”思路之下的一種設(shè)計,而功能安全通常要同時考慮到“系統(tǒng)性故障”和“隨機(jī)性故障”這兩方面,來確保沒有系統(tǒng)性的Bug,以及當(dāng)隨機(jī)性故障發(fā)生時不會對人造成傷害。在中國,ISO 26262(功能安全)已納入推薦性國家標(biāo)準(zhǔn),ISO 26262的第一版中文譯本GB/T 34590已于2018年5月起開始施行。
當(dāng)然,不止汽車領(lǐng)域有這個要求,很多工業(yè)場景同樣對安全性要求非常高。為了構(gòu)建更安全的系統(tǒng),必須在設(shè)備開發(fā)過程中就要考慮到在發(fā)生問題時如何確保安全,這意味著故障安全和功能安全是貫穿設(shè)備開發(fā)全流程的。
復(fù)位IC為汽車和工業(yè)用設(shè)備安全保駕護(hù)航
講到汽車和工業(yè)應(yīng)用場景對設(shè)備安全性的需求,就不得不提到對系統(tǒng)電源電壓進(jìn)行監(jiān)控的重要性,而復(fù)位IC是電壓監(jiān)控電路中不可或缺的產(chǎn)品之一,目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于EV/HEV逆變器、引擎控制單元、ADAS、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車空調(diào)、FA設(shè)備、計量儀器、伺服系統(tǒng)、各種傳感器系統(tǒng)等需要對電子電路進(jìn)行電壓監(jiān)控的各種車載和工業(yè)設(shè)備應(yīng)用中。
面向該市場需求,羅姆推出了1000多種復(fù)位IC,2021年度,在低電壓范圍的廣泛應(yīng)用領(lǐng)域,創(chuàng)造了2.5億枚的年出貨量記錄。就在近期,羅姆還開發(fā)出了一款高精度、超低功耗且支持40V電壓的窗口型復(fù)位IC “BD48HW0G-C”。
那么,什么是復(fù)位IC呢?復(fù)位IC是一種開關(guān)IC,可用于電子電路的電壓監(jiān)控,當(dāng)檢測到被監(jiān)控的電壓超過閾值時就會通過改變輸出而達(dá)到復(fù)位操作的效果,因此具有通過與微控制器合作來確保系統(tǒng)安全的作用。就好比河里的水位報警器,當(dāng)河水漫過最高警戒線或低于最低警戒線時都要拉響警報,并觸發(fā)放水或蓄水動作,而這里的水位傳感器就好比電路中的復(fù)位IC,起到的效果是一樣的。
羅姆新推的復(fù)位IC “BD48HW0G-C”有何特別之處?
同樣是復(fù)位IC,為什么要有這么多類型?羅姆最新推出的復(fù)位IC “BD48HW0G-C”又有什么特色或優(yōu)勢呢?由于應(yīng)用場景的不同,系統(tǒng)電路對復(fù)位IC精度、功耗、工作電壓、功能安全、監(jiān)控電壓范圍、欠壓/過壓檢測等需求都不一樣,因此需要開發(fā)出不同的復(fù)位IC來匹配相應(yīng)的市場需求。
羅姆最新推出的復(fù)位IC “BD48HW0G-C”是一款支持40V電壓的窗口型復(fù)位IC,由于采用了高耐壓的BiCDMOS工藝,并融合了羅姆所擅長的模擬設(shè)計技術(shù),BD48HW0G-C工作電壓范圍寬至1.8V~ 40V可調(diào)。關(guān)于窗口型的設(shè)計,由于BD48HW0G-C配有2個獨立的基準(zhǔn)電壓電路,因此可以靈活地設(shè)置High側(cè)和Low側(cè)的檢測電壓,并獨立復(fù)位檢測輸出。在檢測精度方面,BD48HW0G-C在-40℃-+125℃ 溫度范圍內(nèi)可實現(xiàn)業(yè)界先進(jìn)的±0.75%電壓檢測精度,高于業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的精度±2.2%。在功耗方面, BD48HW0G-C的靜態(tài)電流只有500nA,僅為普通的工作電壓24V以上的窗口型復(fù)位IC的1/16,這使得工程師在設(shè)計電路時無需擔(dān)心因復(fù)位電路而產(chǎn)生的功耗增加。
為何在車載和工業(yè)領(lǐng)域需要強(qiáng)調(diào)在全動作溫度范圍內(nèi)的、穩(wěn)定的高精度特性呢?我們知道,如果只是在25℃下有值偏離的問題,那么可以通過固定補(bǔ)償進(jìn)行調(diào)整,比較容易實現(xiàn)。但是在汽車和工業(yè)應(yīng)用中,環(huán)境溫度以及機(jī)身自身發(fā)熱和散熱的情況差別較大,電源電壓和復(fù)位檢出電壓受溫度的影響會產(chǎn)生波動,這種受溫度影響下的偏離是非常難修正的,因此對于車載和工業(yè)環(huán)境,選擇全動作溫度范圍內(nèi)的、穩(wěn)定的高精度復(fù)位IC更易于系統(tǒng)設(shè)計,從而減輕客戶的設(shè)計負(fù)擔(dān)。此外,在車載和工業(yè)環(huán)境下,通常環(huán)境噪聲較大,當(dāng)外部噪聲侵入時,如果檢測出電壓的精度差,那么容易發(fā)生誤動作,因此為了避免或減少外部噪聲的影響,提高系統(tǒng)運行的可靠性,高精度復(fù)位IC是更好的選擇。
值得一提的是,羅姆從2015年就已經(jīng)開始構(gòu)建ISO 26262的流程,并在約2年半后的2018年3月,通過德國第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)TüV Rheinland獲得了ISO 26262的流程認(rèn)證。正因為對ISO 26262規(guī)格以及應(yīng)用電路有著高度理解,羅姆針對需要功能性安全的車載和工控電源,開發(fā)了支持從低到高的廣泛電壓范圍的、高精度地檢測電壓異常的復(fù)位IC。
實現(xiàn)模擬電源器件超低功耗的秘密:Nano Energy?
前面提到,BD48HW0G-C的靜態(tài)電流只有500nA,僅為普通的工作電壓24V以上的窗口型復(fù)位IC 的1/16,如此超低功耗是如何實現(xiàn)的呢?
事實上,羅姆采用的是IDM的模式,在這種垂直統(tǒng)合型生產(chǎn)體制下,羅姆在“電路設(shè)計”、“布局” 和“工藝”這三方面都具有更深的經(jīng)驗累積和更強(qiáng)的模擬技術(shù)優(yōu)勢。基于此,羅姆研發(fā)出了超輕負(fù)載狀態(tài)下徹底削減消耗電流的劃時代技術(shù)“Nano Energy?”。 使用該技術(shù),無負(fù)載時的靜態(tài)電流可低至納安(nA)量級,不僅可以延長電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和移動設(shè)備的驅(qū)動時間,還有助于不希望增加功耗的車載和工業(yè)設(shè)備的高效率工作。
舉個例子,我們知道,新能源汽車是實現(xiàn)全球“雙碳計劃”的重要組成部分,對于EV/HEV來講, 提高燃油經(jīng)濟(jì)性,增加行駛里程勢在必行,于是低功耗化就會變得尤為重要。其次,當(dāng)汽車怠速熄火 時,發(fā)動機(jī)會停止運轉(zhuǎn),電池將提供功能所需的電力。再者,當(dāng)在停車時,時鐘在后臺運轉(zhuǎn)、報警系 統(tǒng)開啟、無鑰匙系統(tǒng)開啟等都將直接由電池供電,存在電池耗盡的風(fēng)險。因此,進(jìn)一步降低電源IC的 電流消耗是剛需,而通過搭載Nano Energy?技術(shù),可以為整個汽車系統(tǒng)的低功耗做貢獻(xiàn)。此外,低靜態(tài)電流帶來的不只有延長電池供電設(shè)備壽命一個好處,同時對于汽車和工業(yè)應(yīng)用來說,還能減少電路 中的暗電流,有助于EMC的改善。
更多詳情:Nano系列|羅姆半導(dǎo)體集團(tuán)(ROHM Semiconductor)
寫在最后
沿著自動駕駛產(chǎn)業(yè)鏈,L2級別的自動駕駛滲透率不斷提升,L3級別的自動駕駛開始落地,新能源汽車市場已經(jīng)從政策驅(qū)動轉(zhuǎn)向市場拉動。這意味著汽車電子系統(tǒng)越來越復(fù)雜,對汽車功能安全的需求度也越來越高。羅姆作為汽車電子領(lǐng)域的深耕者,將通過符合功能安全的理念、技術(shù)、產(chǎn)品、方案和客戶服務(wù),為提升全球汽車安全性做出貢獻(xiàn)。
審核編輯 黃宇
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